Оптимизация рабочих движений и органов управления

Требования антропометрии и биомеханики.

Эргономические основы организации рабочего места.

Основные направления эргономики – антропометрия и биомеханика.

Форма и функциональные размеры всей предметной сре­ды, ее объемно-пространственных структур неразрывно свя­заны с размерами и пропорциями тела человека на протяже­нии всей истории цивилизации. Во всей Европе вплоть до XIX века пользовались системами мер, основанными на параметрах человеческого тела, например: локоть, аршин, фут (англ. — ступня и т. д.). Строители, архитекторы возво­дили постройки, в которых не только отношения частей были созвучны пропорциям человека, но и абсолютные размеры са­мих построек были сомасштабны людям. Художники и скуль­пторы, руководимые желанием получить простые средства для воспроизведения фигуры без непосредственного обраще­ния к натуре, а также стремясь к созданию гармоничного обра­за человека, предлагали и пользовались системами пропор­ций — канонами.

В каноне Поликлета, скульптора Древней Греции (2-ая по­ловина V века до н. э.), за единицу принималась ширина ладо­ни, и голова составляла '/₈ длины тела и т. д.. Видоизмененный квадрат древних стал каноном Леонардо да Винчи (1452—1519). По его канону фигура с при­поднятыми и разведенными руками и раздвинутыми ногами вписывается в круг, центр которого — пупок. Немецкий ску­льптор Готтфрид Шадов (1764—1850) на основе морфологи­ческих исследований установил метрические данные и пред­ложил систему пропорций мужской и женской фигур в зависимости от возраста.

С появлением метрической системы мер размеры строите­льных элементов, архитектурных деталей, сооружений в це­лом стали утрачивать живую связь с размерами человека. Зна­менитый французский архитектор Ле Корбюзье — Шарль Эдуар Жаннере (1887—1965) попытался вернуться к гармонизации рукотворной среды обитания на основе размеров человеческо­го тела. Он запатентовал и применял на практике систему пропорционирования, названную «Модулор». Модулор, которая представляет собой шкалу линейных размеров, которые отве­чают трем требованиям: находятся в определенных пропорци­ональных отношениях друг с другом, позволяя гармонизировать сооружение и его детали; прямо соотносятся с размерами человеческого тела, обеспечивая тем самым человеческий масштаб архитектуры; выражены в метрической системе мер и поэтому отвечают задачам унификации строительных изде­лий. Корбюзье при этом пытался соединить достоинства тра­диционно идущей от человека английской системы линейных мер (фут, дюйм) и более абстрактной и универсальной метри­ческой системы.

В современной практике предпочитают пользоваться ант­ропометрическими характеристиками человека. Антропомет­рия (от греч. antrbpos — человек и...метрия) — составная часть антропологии (науки о происхождении и эволюции человека); она является системой измерений человеческого тела и его час­тей, морфологических и функциональных признаков тела.

Различают классические и эргономические антропомет­рические признаки. Первые используются при изучении пропорций тела, возрастной морфологии, для сравнения мор­фологической характеристики различных групп населения, а вторые — при проектировании изделий и организации труда. Эргономические антропометрические признаки делятся на статические и динамические.

Статические признаки определяются при неизменном положении человека. Они включают размеры отдельных час­тей тела и габаритные, т. е. наибольшие размеры в разных по­ложениях и позах человека. Эти размеры используются при проектировании изделий, определении минимальных прохо­дов и пр.

Динамические антропометрические признаки — это размеры, измеряемые при перемещении тела в пространстве. Они характеризуются угловыми и линейными перемещения­ми (углы вращения в суставах, угол поворота головы, линей­ные измерения длины руки при ее перемещении вверх, в сто­рону и т. д.). Эти признаки используют при определении угла поворота рукояток, педалей, определении зоны видимости и т. п. Числовые значения антропометрических данных чаще всего представляют в виде таблиц.

Перцентиль— это сотая доля объема измеренной совокуп­ности, выраженная в процентах, которой соответствует опреде­ленное значение признака. К примеру, если речь идет о росте взрослого человека, то максимальный разброс значений колеблется от роста лилипутов (иногда менее метра), до гигантов (до 270 см). Но, поскольку процент таких людей ничтожно мал, имеет смысл учитывать рост «нормальных людей». Этот диапазон среди подавляющего большинства мужчин и женщин разных национальностей колеблется в пределах 145 – 200 см (к примеру, большинство дверных проемов рассчитано именно на этот рост). Если нам нужно спроектировать какое-либо изделие, например – автомобиль, то необходимо принять решение о том, какой процент людей должен чувствовать себя в машине комфортно.

Практика показывает, что в подобных случаях имеет смысл учитывать рост от 5-го до 95-го перцентиля, то есть – интересы 90 процентов людей. Точно так же, при проектировании изделий, оборудования, организации интерьеров и рабочих мест необходимо помнить, что удобство их эксплуатации должно обеспечиваться для 90% работаю­щих или отдыхающих. Поэтому в практике проектирования чаще используют значения антропометрических признаков, соответствующие 5-му и 95-му перцентилям, а также 50-му, то есть - среднему. Например, если необходимо определить высоту или ширину прохода, высоту пространства под крышкой стола (для разме­щения ног сидящего), то надо принимать значения соответст­вующих признаков, равные 95-му перцентилю, а при опреде­лении высоты сиденья — значения, соответствующие 50-му перцентилю. В таком случае принятые габаритные размеры пространства или изделия будут удовлетворять максимальное число людей.

Антропометрические признаки определяются с учетом возрастных, половых, этнических (территориальных) и дру­гих факторов, так как существенно от них зависят. Для опре­деления размеров элементов и изделий для детей пользуются антропометрическими признаками, сгруппированными по ро­стовым группам.

5.1. Общие эргономические требования к организации рабочего места.

Под рабочим местом понимается зона, оснащенная необходимыми техническими средствами, в которой совершается трудовая дея­тельность исполнителя или группы исполнителей, совместно вы­полняющих одну работу или операцию. Организацией рабочего места называется система мероприятий по оснащению рабочего места средствами и предметами труда и их размещению в опреде­ленном порядке.

По уровню механизации рабочие места делятся на автоматизи­рованные, механизированные и рабочие места, где выполняются ручные работы. Рабочие места подразделяются на индивидуальные и коллективные. В зависимости от специализации рабочие места могут быть: универсальными, специализированными и специальны­ми.

Рабочее место должно быть приспособлено для конкретного ви­да труда и для работников определенной квалификации с учетом их физических и психических возможностей и особенностей. Для некоторых групп рабочих мест можно определить общие требова­ния. При проектировании рабочего места необходимо исходить из конкретного анализа трудового процесса человека на данном обо­рудовании и учитывать антропометрические данные, физиологичес­кие и психологические характеристики трудового процесса, сани­тарно-гигиенические условия работы.

Пространственная организация рабочего места включает в свой состав учет антропометрических данных, выбор рационального расположения рабочих зон, рабочих поверхностей, физиологически рациональной рабочей позы, а также проектирование рациональ­ных конструкций оргоснастки.

При конструировании рабочих мест должны быть соблюдены следующие основные условия:

— достаточное рабочее пространство для работающего челове­ка, позволяющее осуществлять все необходимые движения и перемещения при эксплуатации и техническом обслужива­нии оборудования;

— достаточные физические, зрительные и слуховые связи между работающим человеком и оборудованием, а также между людьми в процессе выполнения общей трудовой задачи;

— оптимальное размещение рабочих мест в производственных помещениях, а также безопасные и достаточные проходы для работающих людей;

— необходимое естественное и искусственное освещение для выполнения трудовых задач, технического обслуживания;

— допустимый уровень акустического шума и вибрации, созда­ваемых оборудованием рабочего места или другими источ­никами шума и вибрации;

— должны быть предусмотрены необходимые средства защиты работающих от действия опасных и вредных производствен­ных факторов (физических, химических, биологических и психофизиологических).

При конструировании и размещении рабочих мест следует пре­дусматривать меры, предупреждающие или снижающие преждевре­менное утомление работающего человека, предотвращающие воз­никновение у него психофизиологического стресса, а также появле­ние ошибочных действий.

Конструкция рабочего места должна обеспечивать быстроту, безопасность, простоту и экономичность технического обслужива­ния в нормальных и аварийных условиях; полностью отвечать функциональным требованиям и предполагаемым условиям эксплу­атации.

При организации рабочего места необходимо принимать во вни­мание:

— рабочую позу (работа «сидя», «стоя», «сидя-стоя»);

— конфигурацию и способ размещения панелей индикаторов и органов управления;

— потребность в обзоре рабочего места (пульта);

— необходимость использования рабочей поверхности для письма или других работ, для установки телефонных аппаратов, а также хранения инструкций и других материалов, исполь­зуемых работающими людьми или обслуживающим персо­налом;

— пространство для ног и стоп при работе «сидя». При конструировании необходимо обеспечивать зоны оптималь­ной и легкой досягаемости моторного поля рабочего места. Мотор­ное поле — пространство рабочего места с размещенными органа­ми управления и другими техническими средствами, в котором осу­ществляются двигательные действия человека по выполнению рабочего задания. Различают зоны досягаемости, оптимальной и легкой досягаемости.

Зона досягаемости — это часть моторного поля рабочего места, ограниченная дугами, описываемыми максимально вытянутыми руками при движении их в плечевом суставе.

Зона легкой досягаемости — часть моторного поля рабочего мес­та, ограниченная дугами, описываемыми расслабленными руками при движении их в плечевом суставе.

Оптимальная зона досягаемости — часть моторного поля рабо­чего места, ограниченная дугами, описываемыми предплечьями при движении в локтевых суставах с опорой.

При конструировании необходимо также обеспечивать опти­мальную зону информационного поля рабочего места. Под инфор­мационным полем понимают пространство рабочего места с раз­мещенными средствами отображения информации и другими ис­точниками сведений, используемых человеком в процессе трудовой деятельности. Оптимальная зона — часть информационного поля рабочего места, обеспечивающая наилучшее восприятие информа­ции. Важным критерием при организации рабочего места является угол обзора. По отношению к горизонтали он должен составлять 30—40°, а в вертикальной плоскости 0—30° по отношению к гори­зонтали (15° вверх и 15° вниз от нормальной линии взора).

При проектировании оборудования необходимо предусматри­вать рациональное положение тела («стоя», «сидя», «лежа»), ко­торое должно быть удобным и свободным. В каждом из положений можно различать бесчисленное коли­чество поз. Когда речь идет о трудовой деятельности, термин «рабочая поза» употребляется как наиболее частое и предпочтительное взаиморасположение частей тела при выполнении трудовых операций.

Положение «стоя» более естественно для человека, чем поло­жение «сидя». Хрящевые межпозвоночные диски аморти­зируют толчки при движениях и обеспечивают подвижность поз­воночника; взаимное расположение внутренних органов и их креп­ление также приспособлены больше к вертикальному положению. В этом положении человек имеет благоприятные условия для зрительного обзора, передвижения и сенсомоторных координации. Однако длительное поддержание положения «стоя» более утоми­тельно, чем положение «сидя», так как требуется значительная ра­бота мышц по балансированию и удержанию равновесия тела, повышается и расход энергии на поддержание данной позиции. При постоянном фиксированном пребывании человека в положении «стоя» увеличивается гидростатическое давление на стенки сосу­дов, наблюдается застой крови в мышцах нижних конечностей. Поэтому человеку, работающему стоя, необходимо обеспечить воз­можность изменения рабочей позы, возможность передвижения. При ра­боте стоя следует избегать длительно фиксированных рабочих поз.

Положение «сидя» имеет ряд преимуществ по сравнению с по­ложением «стоя». Уменьшаются статические нагрузки для поддер­жания веса тела, происходит разгрузка органов кровообращения, что снижает энергетические затраты. Но длительная работа в по­ложении «сидя» может привести к расслаблению мышц живота и тазового дна, патологическим изменениям межпозвоночных дис­ков, к образованию сутулости.

При выполнении некоторых видов деятельности сле­дует предусмотреть во время работы смену рабочих положений «сидя» и «стоя», что позволяет менять группы мышц, несущих статическую нагрузку.

Важными факторами для установления рабочей позы являют­ся высота рабочей поверхности, расстояние объекта от глаза, угол зрения, зрительный фокус, размеры пространства для ног (и вы­сота сиденья при работе сидя). Они должны рассматриваться обязательно во взаимосвязи. Выбор положения тела при работе («сидя», «стоя», «перемен­но») определяет параметры оборудования рабочего места.

Предусматривая то или иное рабочее положение, следует учи­тывать его достоинства и недостатки, чтобы использовать макси­мально первые и свести к минимуму влияние вторых.

В зависимости от основной рабочей позы различаются рабочие места при выполнении работ сидя и стоя. Первые организуют при легкой работе, не требующей свободного передвижения работаю­щего, а также при работе средней тяжести в тех случаях, когда это обусловлено особенностями технологиче­ского процесса.

При проектировании технологической оснастки (приспособле­ний и инструмента) и организационной оснастки рабочего места (рабочей мебели, средств сигнализации и связи, средств освеще­ния, тары, планшетов для хранения документации, подставок, подкладок, приспособлений для ухода за машиной и для уборки рабочего места) необходимо также учитывать требования эргоно­мики. Технологическая и организационная оснастка должна соз­давать удобство в работе и повышать эффективность и качество труда.

5.2. Требования антропометрии и биомеханики

При проектировании оборудования необходимо предусматри­вать его соответствие антропометрическим данным и биомехани­ческим характеристикам человека на основе учета:

— динамики изменений размеров тела при перемещении всего тела или его частей в пространстве (динамические разме­ры);

— диапазона движений в суставах;

— правил экономии движений.

При этом обеспечивается:

— оптимальная рабочая поза;

— оптимальные размеры рабочих зон;

— оптимальные для работающего человека размеры рабочего места и взаимное расположение его элементов, обеспечива­ющих определенную рабочую позу.

При непосредственном использовании антропометрических дан­ных следует определить:

— контингент людей, для которых будет предназначено обо­рудование;

— выбрать антропометрический признак (группу признаков), которые являются основой для определения размера обору­дования;

— установить, какой процент работающих должно удовлетво­рять проектируемое оборудование;

— найти соответствующие границам интервала (границы обоз­начаются или в перцентилях) минималь­ные и максимальные значения антропометрических призна­ков (по справочным данным или проведя специальные из­мерения);

— учесть соответствующую поправку на вид одежды и обувь.

Среди антропометрических признаков различают классические и эргономические размеры, среди эргономических — статические и динамические. Эргономическими называются размеры тела, ко­торые могут служить основой для определения размеров различ­ных объектов конструирования. Эти размеры по своей ориентации в пространстве наиболее соответствуют ориентации параметров проектируемого оборудования, они измеряются в разных положе­ниях и позах, условно имитирующих рабочие позы и положения.

Цифровые значения антропометрических данных можно пред­ставлять в виде таблиц, манекенов (плоских и объемных) и др. Наиболее распространенный способ представления — табличный.

Для определения границ интервалов, в которых учитывается объем (процент) населения, которому должно удовлетворять проектируемое оборудование, а также для определения минималь­ных и максимальных значений антропометрических признаков, следует пользоваться системой перцентилей.

Средние арифметические значения признака следует использо­вать в редких случаях ввиду того, что оборудование, созданное с учетом только средних размеров тела для большого количества людей, будет неудобным.

При расчете высотных размеров оборудования следует поль­зоваться антропометрическими данными молодого поколения (до 30 лет), а при расчете поперечных, глубинных размеров — данны­ми населения старшего возраста (30—40 лет).

Все элементы рабочего места, которые имеют непосредственное соприкосновение с телом человека, должны по возможности точно соответствовать его антропометрическим данным (размеры си­денья, рабочей поверхности, подставки для ног, органов управле­ния и т. п.).

5.3. Рабочие сиденья

Приспособления, обеспечивающие поддержание рабочей позы для выполнения работы в положении «сидя», различны: кресла, стулья, табуреты различных типов, откидные сиденья (стенные), сиденья-опоры. Рабочие сиденья классифицируются по степени стабилизации рабочей позы, по набору элементов рабочего сиденья, по типу конструкции элементов сиденья, по степени подвижности, по сте­пени мягкости, по обеспечению виброгашения и т. п.

Выбор типа рабочих сидений определяется конкретным харак­тером и условиями трудовой деятельности человека. Различают рабочие сиденья для длительного и кратковременного пользо­вания.

Рабочие сиденья для длительной работы в положении «сидя» должны включать обязательные элементы: сиденье и спинку для стульев; сиденье, спинку и подлокотники для кресел. Дополнитель­ными элементами рабочих кресел могут быть подголовники. Под­ставки для ног рекомендуются для всех видов работ, связанных с длительным сохранением положения «сидя».

Конструкция рабочего сиденья, предназначенного для длитель­ной работы в положении «сидя», должна обеспечивать поддержа­ние основной рабочей позы, не затруднять рабочих движений, смену позы и положения, обеспечивать условия для отдыха.

Основная рабочая поза предусматривает такое положение кор­пуса, которое способствует проявлению естественных изгибов позвоночного столба (поясничного, грудного и шейного) и не вызывает значительного мышечного напряжения. При этом не рас­тягиваются мышцы и связки позвоночника, не расслабляются мышцы брюшного пресса и тазового дна, межпозвоночные хрящи не принимают асимметричную форму, не сдавливаются органы грудной клетки (сердце, легкие). Несоблюдение вышеперечислен­ных условий приводит к патологическим изменениям опорно-дви­гательного аппарата человека и другим нарушениям (остеохонд­роз, спондилез, радикулит, сутулость, опущение внутренних орга­нов, отвислость живота и др).

Если трудовой процесс требует длительного поддержания жест­ко фиксированной рабочей позы без возможности ее смены (в промежутки времени не менее 30—40 мин), то рекомендуется полумягкое сиденье (кресло) с регулируемыми параметрами, уста­навливаемыми в соответствии с индивидуальными антропометри­ческими данными работающего, профилированное (с двумя углами наклона), с высокой спинкой. Для снятия общего напряжения ре­комендуется в перерывах изменять позу и положение тела.

В тех случаях, когда имеются условия для произвольного изме­нения рабочей позы в пределах рабочей зоны, можно использовать плоское, горизонтальное или с наклоном назад (3—8°) сиденье с профилированной или непрофилированной обычной или пояс­ничной спинкой.

Независимо от профессионального назначения имеется несколь­ко требований, общих для сидений длительного пользования.

1. Сиденье должно обеспечивать позу, способствующую умень­шению статической работы мышц.

2. Сиденье в целом и его элементы должны создавать условия для возможности изменения рабочей позы.

3. Конструкция сиденья не должна затруднять деятельности сердечно-сосудистой, дыхательной и пищеварительной сис­темы; она не должна вызывать болезненных ощущений, возникающих в результате давления элементов сиденья на тело человека.

4. Глубина сиденья не должна быть чрезмерно большой.

5. Передний край сиденья должен быть закруглен.

6. Свободное перемещение сиденья относительно рабочей поверхности, в случае обширной рабочей зоны — вращение сиденья.

7. Наличие ряда регулируемых параметров (высота сиденья, угол наклона спинки, высота спинки).

8. В конструкции сидений должны быть учтены требования-безопасности, общие и частные.

9. В большинстве видов производства, за исключением тех, где существуют специфические технологические ограничения, желательно использовать полумягкую обивку рабочего си­денья. Материал обивки должен быть нескользящим, влаго-отталкивающим, неэлектризующимся, воздухопроницаемым.

В оптимальном варианте конструкции рабочего сиденья долж­ны регулироваться высота поверхности сиденья, угол наклона спинки, расстояние от спинки до переднего края сиденья. При: необходимости должны регулироваться также следующие пара­метры: высота спинки, высота подлокотников, высота подголов­ников. Диапазон регулировки параметров устанавливается в пре­делах 5% для женщин и 95% для мужчин.

Подвижность кресла относительно пола или другой поверхности, на которой оно уста­новлено, может не ограничиваться. Однако в тех случаях, когда это необходимо, кресло должно быть фиксировано. Конструкция кресла должна способствовать ослаблению вибрационных и удар­ных воздействий. Конструкционные и отделочные материалы крес­ла должны быть прочными, огнестойкими, нетоксичными, обеспе­чивающими в необходимых случаях возможность эксплуатации в различных климатических условиях. Покрытия сиденья, спинки, подлокотников и подголовника должны изготовляться из умягчен­ного, влагоотталкивающего, неэлектризующегося, воздухопрони­цаемого материала.

5.4. Общие требования к органам управления

Каждому типу действий человека управляющего сложным техническим устройством (человека – оператора) свойственны свои биомеханические особенности, учет кото­рых необходим при выборе конструкции и размещении органов управления. Поскольку различные органы управления могут применяться для осуществления одних и тех же функций, постольку при выбо­ре этих органов следует учитывать удобство их эксплуатации, бе­зопасность, технологичность конструкции, а также принципы дизайна. Такой учет представляет собой трудную зада­чу, так как оцениваемые подобным образом параметры органов управления должны, помимо того, обязательно соответствовать антропометрическим и биомеханическим данным.

К общим требованиям относятся следующие. Органы управления выбираются с таким расчетом, чтобы на­правление их движения соответствовало направлению движения связанного с ними индикатора, элемента оборудования или средст­ва передвижения. Движение органа управления вперед, по часо­вой стрелке, вправо или вверх, а также нажатие на него должны соответствовать включению оборудования или его элемента, увели­чению измеряемой (отсчитываемой) величины, а также движению оборудования или его элементов вперед, по часовой стрелке, впра­во или вверх.

Если воздействия на органы управления осуществляются в оп­ределенной последовательности, то органы управления должны быть соответствующим образом сгруппированы. Особо важные и часто используемые органы управления должны иметь наиболее удобное расположение для их досягаемости и за­хвата. Это относится в первую очередь к вращающимся органам управления и требующим тонкой установки (настройки).

Органы управления, выполняющие сходные функции, распола­гаются единообразно на разных панелях. Органы управления, ис­пользуемые для выполнения одних и тех же функций на различ­ных панелях, должны быть одного и того же размера.

Формы органов управления должны легко идентифицироваться и не иметь острых краев.

Органы управления конструируются и располагаются таким образом, чтобы их нельзя было случайно сдвинуть. Для за­щиты органов управления от случайного срабатывания в зависи­мости от конкретных условий необходимо:

располагать и ориентировать органы управления таким обра­зом, чтобы оператор при нормальном выполнении своих функций не мог случайно задеть или передвинуть их;

использовать экранирование и другие способы защиты; обеспечить органы управления надежной блокировкой; создать в органах управления механическое сопротивление.

Кнопки и клавиши.

Кнопки применяют для быстрого включения и выключения аппаратуры, для ввода цифровой или логической информации и команд, в особенности при частом выполнении этих действий.

Поверхность кнопки должна иметь вогнутую форму, соответст­вующую строению пальца, и рифление для предотвращения со­скальзывания. Для часто используемых кнопок наиболее удобна четырехугольная форма с закругленными углами или закруглен­ной верхней кромкой. Редко применяемые кнопки могут иметь круглую форму. Конструкция кнопки должна обеспечивать опера­тору ощущение щелчка, слышимый щелчок или и то и другое. Если случайное включение или выключение кнопки может создать аварийную ситуацию, кнопку следует углубить или снабдить за­щитной крышкой.

Практическое занятие по теме:

1. Изучение антропометрических данных применительно к различным ситуациям.

Время изучения материала – 1 ч.

2. Изучение данных в области биомеханики.

Время изучения материала – 1 ч.

Самостоятельная работа по теме:

1. Самостоятельное изучение материала по теме:

Антропометрия. Изучение антропометрических данных применительно к различным ситуациям.

Время выполнения – 3 ч

2. Самостоятельное изучение материала по теме: Биомеханика

Время выполнения – 3 ч

Рекомендуемая литература по теме:

Основная:

1. Панеро Дж., Зелник М. Основы эргономики. Человек, пространство, интерьер. – М.: АСТ: Астрель, 2006.

Дополнительная:

1. Кристенсен Ж., Мейстер.Д., Фоули П. и др. Человеческий фактор. В 6-ти тт.-М.: Мир, 1991.

2. Мунипов В.М., Зинченко В.П. Эргономика: человекоориентированное проектирование техники, программных средств и среды: Учебник. – М.: Логос, 2001.

Вопросы для самоконтроля.

1. Значение эргономики для улучшения условий труда и повышения его безопасности.

2. Основные характеристики антропометрии.

3. Основные характеристики биомеханики

Дата добавления: 2014-12-27